Osmoregulace -Hospodaření s vodou -Hospodaření s ionty (Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3-,…) -Exkrece (dusíkaté metabolity, toxiny,…) Transport molekul -Transcelulární -Paracelulární - F1 Transcelulární transport -Prostá difůze -Usnadněná difuze -Prostup iontovými kanály -Primární aktivní transport -Sekundární aktivní transport Transcelulární transport -Prostá difůze -Usnadněná difuze -Prostup iontovými kanály -Primární aktivní transport -Sekundární aktivní transport Transport látek -> koncentrační gradient lázek -> osmosa/osmotický tlak Nejvýznamější osmoregulační orgány -Ledviny -Žábra ….(„plíce –CO2 <=> HCO3-“) -Trávicí trakt – střevo -Kůže - Podobné principy, na základě potřeby pod dohledem CNS změny v expresi, lokalizaci a aktivitě příslušných transportních mechanismů. Ledviny – základní jednotka nefron: glomerulus, Bowmanů váček, kanálky 1 nefron 10-50 nefronů 1 000 000 nefronů Vývoj nefronu a střeva v závislosti na životním prostředí/skupině organismů. Nefrony ryb, plazů a ptáků nejsou schopné vytvářet zakoncentrovanou moč – jsou krátké a chybí Henleova klička. U dospělých obojživelníků, plazů a ptáku je moč produkována do kloaky. U některých plazů a u většiny ptáků je v kloace moč zakoncentrována resorbcí elektrolytů a vody. Ledviny savců H2O + solventy Množství transmembránových proteinů, odpovědných za přenos různých látek mezi lumen a vnějškem kanálků nefronu. Kortikální a juxtaglomerulární nefrony Různé poměry dle dostupnosti vody -Kortikální (Kk): filtrace a resorpce -Juxtamedulární (JM): koncentrace a ředění Glomerulus Kk malý, JM velký A./A.E. ratio – poměr průměru aferentních a eferentních cév glomerulu Tarbík Laboratorní potkan Nártoun Kočkodan C – kortikal, J – juxtamedular, t - celkově Celkové objemy jednotlivých nefronů (– dle dostupnosti vody) Sezónní změny v hospodaření s vodou u osmáka Žáberní epitel ryb – ionocyty (MR (mitochondria rich) - na mitochondrie bohaté buňky) - buňky respiračního epitelu Žáberní epitel ryb – ionocyty (MR (mitochondria rich) - na mitochondrie bohaté buňky) Sladkovodní ryby KS cell – K+ secreting SLC26 cell – NCC cell - Na+/Cl- cotransporter NaR cell – Ca2+ uptake, Na+/K+-ATPase-rich HR cell – H+-ATPase-rich Sladkovodní x mořské ryby Tilapia acclimated freshwater (FW), seawater (SW) and hypersaline water (HSW). Žábra Různé druhy, různé typy ionocytů? Kyselina močová Solubility in water‎: ‎6 mg/1L (at 20 °C) Močovina Solubility in water 1079 g/L (20 °C) 1670 g/L (40 °C) Toxicity LD50 15g/L NH3 Solubility in water 47% w/w (0 °C) 31% w/w (25 °C) 18% w/w (50 °C)[4] Exkrece dusíku Amoniak (NH4+ ) problematický produkt metabolismu aminokyselin Amonotelní, urikotelní, ureotelní živočichové 2 NH3 + CO2 + 3 ATP + 3 H2O → urea + 2 ADP + AMP + 4 Pi NH3 V játrech (syntéza) glutamic acid + NH3 + ATP → glutamin + ADP + Pi V ledvinách (hydrolýza) glutamine + H2O → glutamic acid + NH3 (vyloučen močí) 2 glutamic acid + 2 formic acid + CO2 + aspartic acid + glycine + 6 ATP→ → inosine + 2 glutamic acid + fumaric acid + 5 ADP + AMP + 5Pi + PPi Kyselina močová Uvolnění NH3 žábry PV – pavement cell MR – mitochondria rich cell Rhbg/Rhcg – transmembránové transportní proteiny Ornitinový cyklus Syntéza močoviny 2 glutamic acid + 2 formic acid + CO2 + aspartic acid + glycine + 6 ATP→ → inosine + 2 glutamic acid + fumaric acid + 5 ADP + AMP + 5Pi + PPi Syntéza kyseliny močové Přěměna kyseliny močové na močovinu - kyselina močová je antioxidant Řízení osmoregulace a exkrece Hypothalamus => adenohypofýza (ACTH) => neurohypofýza (ADH/Vasopresin, Oxytocin) Nadledviny => kortikoidy, katecholaminy Ledviny => renin (+ angiotensinogen z jater) Parathyroidea a thyroidea => parathormon, kalcitonin (kůže/ledviny – kalcitrol) Tkáňové hormony (srdce, střevo) => ANP, BNP,.. Lokálně => viz. regulace krevního tlaku Stanniusova tělíska, urofýza,…. => stanniocalcin, urotensin Hypothalamus – liberiliny + inhibiny(statiny) + ADH, oxytocin Adenohypofýza – ACTH Neurohypofýza – ADH(vazopresin, AVP), oxytocin Nadledviny, adrenální žlázy dřeň nadledvin (chromafinní tkáň) - neurální tkáň, homolog ganglií sympatiku - A buňky – adrenalin (epinephrin) - NA buňky – noradrenalin (norepinephrin) kůra nadledvin – adrenokortikální tkáň - mezodermální původ - produkce steroidních hormonů - mineralokortikoidy (zg), glukokortikoidy (zf), androgeny(zr) ACTH => ALDOSTERON + KATECHOLAMINY ACTH– udržování struktury kůry nadledvin, hotovost a tvorba hormonálních prekurzorů (adenohypofýza) Mineralokortikoidy (ZG) – Aldosteron, kortikosteron, 11-deoxykortikosteron - zvýšení resorpce Na+ a tím i vody v distálním tubulu a sběrném kanálku ledviny, vylučování K+ , stimulace hyponatrémií (↓Na+), hyperkalémií (↑K+), zmenšením objemu krve, uvolňování stimulováno angiotenzinem II + částečně i samotným ACTH. Glukokortikoidy (ZF) – kortizol - glukoneogeneze, z bílkovin (proteokatabolický efekt), potlačení i syntézy bílkovin (aminokyseliny), částečně inhibice transportu glukósy do buněk a její utilizace, štepení triacylglycerolů – zvýšení koncentrace mastných kyselin v krvi, senzibilizace cév svaloviny pro katecholaminy (přesun krve do svalů), snížení glomerulární filtrace a vylučování vody - potlačení imunitních funkcí (zánět atd.), nedostatek i nadbytek poruchy psychiky Androgeny (ZR) – dehydroepiandrosterol (DHEA, docosahexaenoic acid ethyl ester), u žen většina produkce pohlavních steroidů, muži 1/3, zbytek testes Macropus giganteus Vombatus hirsutus dostatek Na nedostatek Na Dopad dostupnosti „Na“ (a vody) na strukturu kůry nadledvin Denní rytmicita produkce ACTH a kortizolu u člověka hmotnost (kg) podíl na celku (10E3) dreň (mg) kůra (mg) poměr kur 2 0,1 100 100 1:1 pes 15 0,1 250 1250 1:5 kočka 3 0,123 20 350 1:17,5 potkan 0,2 0,21 2 40 1:20 králík 3 0,137 10 400 1:40 morče 0,5 1 8 500 1:62,5 Srovnání velikosti nadledvin u různých druhů Primáti během embryogeneze „fetalní zóna“ mezi dření a kůrou - produkce dehydroepiandrosterone sulfate (DHEAS), v placentě je přeměňován na estrogen – regulace gravidity Někteří hlodavci během dospívání (samci) a během gravidity tzv. X-zonu / přechodnou zónu (pod kontrolou LH), produkce steroidů ale neznámá Obecně u mnoha druhů změny ve struktuře a aktivitě v závislosti na stadiu embryogeneze, pohlavním dospívání, graviditě - často úloha LH nebo FSH - přeměna NA buněk na A buňky - vysoké hladiny steroidů indukují přeměnu NA na A (phenylethanolamine-N-methyltransferase) Renin - angiotenzin potkan skokan Juxtaglomerulární aparát (ledviny) - produkce reninu (v důsledku poklesu objemu plasmy a krevního tlaku) renin – proteáza pro angiotenzinogen (z jater) Juxtaglomerulární aparát 1. Granulární buňky – modifikované hladkosvalové buňky, syntetizují, uskladňují a produkují renin 2. Macula densa – recepce hladiny NaCl, modulace renálních arterií 3. Extraglomerulární mesangialní buňky - fagocyty Juxtaglomerulární aparát (juxtaglomerulární buňky, macula densa, polkissen) – jen savci, náznak u ptáků, ostatní (plazi, obojživelníci, většina ryb) jen juxtaglomerulární buňky s granulemi barvitelnými dle Bowieho. Chondrostei a Holostei nemají, i když renin ano. plně - renin přerušovaně - juxtaglomerulární granule Parathyroidea a ultimobranchyální tělíska - objevují u obojživelníků a dále jsou přítomna u plazů, ptáků savců - buď samostatné struktury nebo spojené s tyroideou - vyskytují se v 1-3 párech - krokodýli 1 pár, želvy a hadi 2 páry, ještěři 1-3 páry - ptáci a savci 1-2 páry - původ z žaberních oblouků -> ryby a vodní larvy obojživelníků je nemají Safsadf Parathyroidea – přístitná tělíska – parathormon (PTH, 84 AA) - Metabolismus Ca2+, PTH – zvýšení resorbce Ca2+ a jeho uvolňování z kostí (osteoklasty) - PTH-Calcitonin Kalcitonin (32mer peptid) – parafolikulární buňky tzv. C buňky tyroidei - Stimulace ukládání Ca2+ zejména do kostí Kalcitrol (1,25-(OH)2-cholecalciferol) - z vit D (UV na kůži, potrava) - hlavní regulace posledním krokem syntézy 1a-hydrolázou v ledvinách - lipofilní, steroidům podobný - indukce zejména Ca2+ vázajícího proteinu (CaBP) a Ca2+-ATPazy - resorpce a ukládání Ca2+ - cílové orgány: ledviny, střevo, kosti, placenta, mlečné žlázy,.. - Předávkování => podpora PTH 0198529171 pth_regulation pth-secretion 7_clip_image013 Stanniusova tělíska - na povrchu ledvin Holostei (kaproun, jehlice) a Teleostei, Chondrostei (jeseter) a ostatní obratlovci je nemají - oválné žlázy v počtech od 1-2 (Teleostei) po až 50 (kaproun) - původem snad z pronefros / mesonefros - z buněk typu I (převažují) a typu II - buňky typu I (se sekrečními zrny), produkce stanniocalcinu (hypocalcin, teleocalcin) -> snižování Ca2+ v plasmě, krvi - indukce přenesením ryb (euryhalinních) ze sladké vody do slané - někdy snad další glykoproteiny s funkcí hormonu –> teleocalcin, reninu podobný protein - stanniocalcin byl nově detekován v plasmě žraloků, mloků, i člověka a potkanů (imunohistochemicky v buňkách ledviných tubulů) mRNA v lidských ováriích, prostatě, thyroidei, mozku, svalech, plicích, STC1 a STC2, předpokládá se zejména parakrinní aktivita + reabsorbce fosfátů [USEMAP] barramunda Urofýza - známé pouze u kostnatých ryb - funkce ne úplně jasná, pravděpodobně regulace osmoregulace a svalové kontrakce hladké svaloviny urogenitálního traktu - podobně jako neurohypofýza složeno z nervové tkáně, těla nervů v míše - axony v kontaktu s cévami procházejícími ledvinami –> neurohemální spojení (sekrece do krevního oběhu) - hormony urotensin I a II (peptidy), zdá se, že v jednom typu buněk, hormony jsou podobné kortikotropin-uvolňujícímu hormonu (I) a somatostatinu (II) mění: - permeabilitu membrán pro vodu a sodík - zvyšují krevní tlak (u potkana snižují ???) - indukují kontrakci hladké svaloviny (zejména urogenitální trakt) - u paryb pravděpodobně v podobě jednotlivých neurosekrečních neuronů (20x větších něž normální motoneurony), tzv. Dahlgrenovy buňky - malé Dahlgrenovi buňky u Holostei, Chondrostei a Dipnoi, náznaky nebo nic u kruhoústých Urotensin II - U savců v srdci, cévách, mozku, endokrinní tkáně - nejsilnější savčí peptidový vasokonstriktor, funkce ale není úplně známá - aktivní peptid je 11 AMK peptid odštepovaný z dvou isoforem prepro-urotensinu II (prepro-urotensin II má 124 a 139 AMK, pro člověka) - Koncový cyklický hexamer ((-CYS*-TRY-LYS-TRP-PHE-CYS*-), (*bridged CYS residues)) je konzervován od latimérie po člověka (odhadem 560mil. let) 23-latymerie Squalus acanthias Raja batis Torpedo ocellata Trygon violacea Příklady hormonů asociovaných s tkání a ne přímo s konkrétní žlázou - uvolňují se do oběhu a působí tak na velké vzdálenosti - peptidové i steroidný typy Pro osmoregulaci: Srdce - atriální natriuretický peptid (ANP), syntéza svalem předsíně - mozkový natriuretický peptid (BNP), syntéza svalem komory - stimulace vylučování Na+, antagonistické k renin-angiotensin - adrenomedullin (také v dřeni nadledvin a v endoteliích cév) - stimulace vasodilatace, vylučování Na+, vody Hormony odvozené od aminokyselin Katecholaminy (adrenalin x noradrenalin = epinephrin x norepinephrin, dopamin) - odvozeno od katecholu, základem je molekula tyrosinu - adrenalin častěji systémové účinky, noradrenalin častěji neurotansmiter - hormony a neurotransmitery v mozku a sympatickém nervovém systému - produkce tzv. chromafinní tkání - tzv. adrenergní účinky a1-adrenergní -> konstrikce hladké svaloviny (cévy + některé svaly), snížení uvolňování reninu, u některých druhů zvýšení jaterní glykogenolyze a produkce potních žlaz a2-adrenergní -> konstrikce hladké svaloviny a snížení uvolňování inzulinu b1-adrenergní -> posílení srdeční kontrakce, zvýšení produkce reninu b2-adrenergní -> uvolnění hladké svaloviny (bronchi, cévy), zvýšení glykogenolyze b3-adrenergní receptor – lipolýza a oxidace mastných kyselin - receptory jsou spojeny s G-proteiny a mají 7 transmembránových domén - tyto receptory patří do rodiny receptorů pro: kalcitonin, glucagon, sekretin, vasoaktivní intesticiální peptid, vasopresin, oxytocin Podíl noradrenalin na celkových katecholaminech (%) velryba 83 prase 49 kur domácí 80 ovce 33 žralok 68 tur 26 mořská želva 60 člověk 17 holub 55 potkan 9 Xenopus 55 králík 2 ropucha 55 morče 2 Syntéza nor- a adrenalinu Melatonin (MT; N-acetyl-5methoxytryptamine) - produkován zejména v epifýze pinealocyty - produkce se rytmicky se střídáním dne a noci (tma indukuje jeho produkci) - nositel informace o střídání denní a roční doby pro ostatní žlázy a tkáně, regulace pigmentace obojživelníků (distribuce melaninu v melanocytech) - výskyt také v retině, v střevě, v Harderianově žláze a některých dalších tkáních Dopamin - faktor inhibující uvolnění prolaktinu – PIF (produkce hypotalamem, statin) - obecně utlumující hormon v rámci endokrinního systému, podobné somatostatinu - katecholamin, prekurzoch adrenalinu a noradrenalinu katecholaminy Peptidové hormony neurohypofýzy 1. antidiuretický hormon -ADH (arginine-vasopresin AVP) – zvýšení resorbce vody v ledvinách a snížení tvorby moči 2. oxytocin – kontrakce dělohy a iniciace ejekce mléka, u samců snad ejakulace oxytocin arginin (8) fenylalanin (3) antidiuretický hormon Homologní hormony (~ 12) u všech obratlovců, u savců a ptáků často produkovány i ovárii a testes. Substituované molekuly v pozici 2, 3, 4, 8. arginine vasopresin – savci arginine vasotocin (kruh oxytocinu a postranní řetězec vasopresinu) – ostatní obratlovci oxytocinu podobný peptid – 8 variant (u savců vzácně) mesotocin (Ile na 8) – ptáci, plazi, obojživelnící, plicnaté ryby, klokani isotocin (Ile na 8, serin na 4) – mnohé kostnaté ryby ... glumitocin, valitocin, aspargtocin, asvatocin, fasvatocin (paryby) Polymorfismus u nepřežvýkavých sudokopitníků (Suiformes) - mnozí vasopresin s lyzinem místo argininu (pozice 8) tzv. lyzin vasopresin prase domácí má lyzin vasopresin a oxytocin, ostatní mohou mít oba vasopresiny, případně jeden z nich (homozygoti, heterozygoti) Hormony neurohypofýzy u různých skupin obratlovců Evoluce hormonů neurohypofýzy A – aspargtocin AS – asvatocin AT – arginin vasotocin AV – arginin vasopresin G- glumitocin LV – lyzine vasopresin M – mesotocin O – oxytocin PP – phenypressin PV – phasvatocin m ~ miliony let Fylogeneze nadledvin - vždy v zadní části těla v blízkosti ledvin - s fylogenezí integrace chromafinní tkáně (dřeň) se steroidogenní tkání (kůra) chromafinní katecholaminogenní tkáň steroidogenní tkáň ledviny obojživelníci plazi ptáci savci příčné řezy příčné řezy